Nitrocellulose

1.Onderzoeksvraag

Ontbrandt een pingpongballetje als we dit aansteken?

2.Voorbereiding

a.Begrippen als achtergrond voor experiment

• Esters
• Polymeer
• Glucose
• Molecule
• Evenwichtsreactie

b.Materiaal + stoffen

• Maatcilinders 25 ml (2 stuks)
• Bekerglas 50 ml
• Bekerglas 250 ml
• IJsbad
• Thermometer
• Pincet (kunststof)
• Horlogeglas
• Emmer
• pH papier
• Exsiccator
• Salpeterzuur 70%: HNO₃
• Zwavelzuur 98%: H₂SO₄
• Natriumwaterstofcarbonaat: NaHCO₃
• Watten (100% katoen)
• IJsgruis

c.Bereiding oplossingen

We werken met geconcentreerd zwavelzuur en geconcentreerd salpeterzuur. Hiervoor dienen we geen oplossingen te maken.
De natriumwaterstofcarbonaat-oplossing is in overmaat. Dit wil zeggen dat er meer natriumwaterstofcarbonaat in de oplossing zit dan er kan opgelost worden. Wij gebruiken 3 eetlepels in 100 ml water.

d.Opstelling (foto)

e.Etiketten

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

1. Maak een ijsbad door wat ijsgruis in een ondiepe schaal te doen en wat water toe te voegen.
2. Meet met behulp van een maatcilinder 10 ml salpeterzuur af en voeg het toe aan het kleinste bekerglas.
3. Plaats het bekerglas in het ijsbad en voeg druppelsgewijs, al roerende 10 ml zwavelzuur toe, ervoor zorgdragend dat de temperatuur niet teveel oploopt. (<30°C)
4. Haal, zodra het mengsel een temperatuur van circa 20°C heef bereikt, het bekerglas uit het ijsbad.
5. Voeg 0.5 gram wattenvlokken toe en dek het bekerglas af met een horlogeglas.
6. Nitreer de watten circa 15 minuten, waarbij het reactiemengsel regelmatig wordt geroerd.
7. Haal de watten voorzichtig met behulp van de pincet uit het nitreerzuur, laat het meeste aanhangende zuur uitdruipen en breng de wattenvlokken over in een bekerglas met water.
8. Verwijder het meeste zuur door een aantal maal spoelen met water, gevolgd door enige tijd weken in een NaHCO₃ oplossing.
9. Controleer hierna met het pH-papier of de pH groter of gelijk is aan 7.
10. Naspoelen met schoon water en bij kamertemperatuur laten drogen.
11. Nadrogen in een exsiccator.

b.Waarneming (+ foto’s)

4.Reflecteren

Schietkatoen bestaat uit ongeveer 13% stikstof en voldoende zuurstof voor een complete omzetting tot gasvormige producten volgens de reactie:

Katoenen watten bestaan voor vrijwel 100% uit cellulose, een polymeer van ß D-glucose, bestaande uit lange onvertakte ketens met 2000-3000 glucose-eenheden. Door de reactie met salpeterzuur, hierboven in rood aangegeven als HONO₂, ontstaat de nitraat ester van cellulose. De OH-groepen van cellulose verliezen hierbij een proton en salpeterzuur een OH-groep om samen een molecuul water te vormen. Deze reactie is een evenwichtsreactie, maar doordat de zwavelzuur het vrijkomende water bindt is de reactie aflopend naar rechts.

5. Aanvullingen

Alhoewel de synthese van nitrocellulose één van de veiligste nitraties betreft wordt aangeraden tijdens het experiment een emmer koud water gereed te houden om hierin, in het geval van een zogenaamde ‘runaway’, veilig het reactiemengsel te kunnen verdunnen.
Met een runaway wordt het thermisch uit de hand lopen van de reactie bedoeld. Dit kenmerkt zich door oververhitting, een roodbruine verkleuring van het reactiemengsel en/of rode rookwolken.
De concentratie van de gebruikte NaHCO₃ oplossing is niet kritisch.
Een proton, als hier bedoeld, is een waterstofatoom (H) zonder bijbehorend elektron.

Bronnen

KLIK – KLIK – KLIK